Aserradero

5/19/2018 Aserradero

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ESCUELA POLITCNICA NACIONAL

FACULTAD DE INGENIERA ELCTRICA Y

ELECTRNICA

MODERNIZACIN DEL SISTEMA DE CONTROL PARA EL

PROCESO DE ELABORACIN DE MADERA SLIDA

DE ACOSA

PROYECTO PREVIO A LA OBTENCIN DEL TTULO DE INGENIERO ENELECTRNICA Y CONTROL

ROBERTO MANUEL JUMBO CLAVIJO

[email protected]

EDISON FELIPE MONTALUISA [email protected]

DIRECTOR: ING. JORGE MOLINA MOYA

[email protected]

Quito, Agosto 2010


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DECLARACIN

Nosotros, Roberto Manuel Jumbo Clavijo y Edison Felipe Montaluisa Pilatsig,

declaramos bajo juramento que el trabajo aqu descrito es de nuestra autora;

que no ha sido previamente presentada para ningn grado o calificacin

profesional; y, que hemos consultado las referencias bibliogrficas que se

incluyen en este documento.

A travs de la presente declaracin cedemos nuestros derechos de propiedad

intelectual correspondientes a este trabajo, a la Escuela Politcnica Nacional,

segn lo establecido por la Ley de Propiedad Intelectual, por su Reglamento y por

la normatividad institucional vigente.

______________________________Roberto Manuel Jumbo Clavijo

______________________________Edison Felipe Montaluisa Pilatsig


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CERTIFICACIN

Certifico que el presente trabajo fue desarrollado por Roberto Manuel Jumbo

Clavijo y Edison Felipe Montaluisa Pilatsig, bajo mi supervisin.

________________________Ing. Jorge Molina

DIRECTOR DEL PROYECTO


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AGRADECIMIENTO

A Dios, quien me ha dado la fe, la fortaleza,la salud y la esperanza.

A mis padres por sus enseanzas, por suconfianza y por el constante apoyo en estosaos de estudio.

A mis profesores por compartir susconocimientos, por su orientacin y asesoratcnica.

A todas las personas que han formado partede mi vida; familia, amig@s y compaeros,quienes me brindaron palabras de aliento yse han convertido en parte fundamental parala culminacin de este objetivo

A Roberto amigo y compaero, por suentusiasmo y empeo para lograr nuestroobjetivo.

Edison


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DEDICATORIA

El presente trabajo se la dedico a misabuelitos, a mis padres Segundo e Hilda, amis hermanos Cristian, Johanna y Mafer, aRoco y Yeray, y a mis amig@s ycompaeros, por confiar en m, darme suapoyo y ser el motivo para cumplir con esteobjetivo.

Edison


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AGRADECIMIENTO

A Dios, por brindarme la vida y disfrutarsatisfactoriamente de ella.

A mis padres por su cario y amor que medieron mientras iba creciendo y sobre todopor su constante apoyo.

A mi familia, por ser el complemento quenecesit en los das tristes.

A todos mis amigos que hice desde la niez

por ser fuente de energa positiva que mebrindan cada da.

A los educadores, por brindar luz y sabiduraen mi camino.

A Edison, por brindarme su confianza yamistad durante este ltimo trayecto denuestra vida estudiantil.

Roberto


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DEDICATORIA

La elaboracin de este documento se ladedico:

A mis padres Manuelito y Piedad, a mishermanas Esthelita y Paty por siempreapoyarme y creer en m.

A mi familia, en especial a Karla y Maribelquienes me acogieron en su hogar ydepositaron su cario y ayuda en lafinalizacin de este proyecto.

Roberto


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i

CONTENIDO

Pg.

CONTENIDO.............................................................................................................I

RESUMEN ..............................................................................................................V

PRESENTACIN..................................................................................................VII

CAPTULO 1

DESCRIPCIN DE FUNCIONAMIENTO DEL ASERRADERO DE ACOSA.. 2

1.1 GENERALIDADES.... .. 2

1.2 PROCESO DE ELABORACIN DE TABLAS. .... 2

1.3 PROCESO DEL ASERRADERO... .... 3

1.3.1 MANDO GENERAL................................................ .3

1.3.2 KBO-40 CORTE LATERAL DE LA TROZA . 4

1.3.3 HMK-16 CORTE MLTIPLE 1. .. 61.3.4 CB-15 CORTE DE APROVECHAMIENTO 1.... .. 7

1.3.5 TS-18 CORTE MLTIPLE 2.... .. 8

1.3.6 CB-10 CORTE DE APROVECHAMIENTO 2... ... 9

1.3.7 DESPUNTADORAS Y SALIDA DE MADERA ASERRADA.. ... 9

1.3.8 BANDAS TRANSPORTADORAS DE RESIDUOS.. 11

1.4 RESUMEN GRFICO DEL PROCESO DE ELABORACIN DE

MADERA SLIDA... .131.5 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA Y SOLUCIN ALTERNATIVA.... .. 14

1.5.1 PLANTEAMIENTO GENERAL................................................... 14

1.5.2 PROBLEMAS EN LA APERTURA DE SIERRAS KBO-40. 15

1.5.3 VISUALIZACIN DE ALARMAS. ............................. 16

CAPTULO 2

DISEO DEL NUEVO CIRCUITO DE POTENCIA Y SISTEMA DE CONTROL...18


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2.1 DISEO DEL NUEVO CIRCUITO DE POTENCIA PARA LA APERTURA DE

LA SIERRA KBO-40. ...................................................................................... 18

2.1.1 VARIADOR DE VELOCIDAD ...................................... 19

2.1.2 ELEMENTOS DEL CIRCUITO DE POTENCIA. .............. 22

2.2 DISEO DEL NUEVO SISTEMA DE CONTROL. ................................. 22

2.2.1 ARQUITECTURA DEL NUEVO SISTEMA DE CONTROL DEL

PROCESO DEL ASERRADERO.. ........................................... 23

2.2.1.1 Armario Nuevo.... 24

2.2.1.2 Armario Antiguo.. 28

2.2.1.3 Consolas de Mando... 29

2.2.1.4 PLC CB15_CB10. 302.2.1.5 Sensores de Vibracin. 30

2.2.1.6 Interface Hombre Mquina (HMI). 31

2.2.2 PROGRAMA DE CONTROL DEL PLC ............. 32

2.2.2.1 Caractersticas del PLC. 32

2.2.2.2 Estructura del Programa 36

2.2.2.3 Diagrama de Flujo.. 37

2.2.2.4 Apertura de Sierras KBO-40.. 372.3 DISEO DE LA RED DE COMUNICACIN. ........................................ 39

2.3.1 SOFTWARE... ........................................ 40

2.3.2 HARDWARE.. ........................................................................ 41

CAPTULO 3

IMPLEMENTACIN DE LA INTERFAZ HOMBRE MQUINA (HMI). .................. 44

3.1 REQUERIMIENTOS DE DISEO ....................................................... 443.1.1 CONDICIONES ADICIONALES.... ........................... 45

3.2 BREVE DESCRIPCIN DEL SOFTWARE WINCC V7.0... ........................ 45

3.2.1 CREACIN DE UN NUEVO PROYECTO ................................. 46

3.2.2 BREVE DESCRIPCIN DEL MEN. ............................................ 48

3.3 CONFIGURACIN Y DISEO DE LA INTERFAZ HOMBRE

MQUINA .............................................................................................. 50

3.3.1 CREACIN Y CONFIGURACIN DEL PROYECTO.. .......... 51

3.3.2 CREACIN Y DISEO DE VENTANAS.. ................... 53


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iii

3.3.3 DINAMIZACIN DE EVENTOS Y GRFICOS ........... 54

3.3.4 PANTALLAS DE LA HMI. ................................................... 57

CAPTULO 4

IMPLEMENTACIN DEL PROYECTO.. ......................................... 68

4.1 ADQUISICIN DE EQUIPOS.. ............................................................... 68

4.1.1 COSTOS DEL PROYECTO....................... 68

4.2 MONTAJE E INSTALACIN.. ............................................................. 69

4.2.1 EL ARMARIO DE CONTROL.. ............................................... 69

4.2.2 MONTAJE E INSTALACIN DE EQUIPOS DENTRO DEL NUEVO

ARMARIO DE CONTROL. .............................................................. 734.2.3 INSTALACIN E INTERCONEXIN DEL ARMARIO DE

CONTROL .............................................................................................. 76

CAPTULO 5

PRUEBAS Y RESULTADOS. .................................................................... 83

5.1 PRUEBAS PREVIAS AL MONTAJE E INSTALACIN.. ................ 83

5.1.1 PRUEBAS DE CONEXIONES ELCTRICAS .................... 835.1.2 PRUEBAS DE FUNCIONAMIENTO DEL PLC Y HMI ..... 84

5.1.3 PRUEBAS DEL ENCODER Y COMUNICACIN CON EL PLC

CB15_CB10. ................................................................................... 85

5.1.4 PRUEBA DE LOS SENSORES DE VIBRACIN ............... 85

5.1.5 PRUEBA DEL VARIADOR DE VELOCIDAD ......................... 87

5.2 PRUEBAS DE OPERACIN DEL NUEVO SISTEMA .............................. 88

5.2.1 PRUEBAS DE MOTORES.. ........................................ 885.2.2 PRUEBAS DE APERTURA DE LAS SIERRAS KBO-40. ....... 88

5.2.3 PRUEBAS DEL HMI Y DE LA RED DE COMUNICACIN.. ...... 90

5.3 RESULTADOS OBTENIDOS ......................................................... 91

CAPTULO 6

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES.. ........................................... 93

6.1 CONCLUSIONES. .. 93

6.2 RECOMENDACIONES.... . 95


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iv

REFERENCIAS BIBLIOGRFICAS.... 96

NDICE DE FIGURAS Y TABLAS ....................................................................... 98

ANEXO A

PLANOS ELCTRICOS DEL SISTEMA ............................................................. A-1

ANEXO B

DATOS TCNICOS DEL VARIADOR DE VELOCIDAD ..................................... B-1

ANEXO CDATOS TCNICOS DEL PLC S7-300 ............................................................... C-1

ANEXO D

DATOS TCNICOS DEL ENCODER ................................................................. D-1

ANEXO E

DATOS TCNICOS DE LOS SENSORES DE VIBRACIN ............................... E-1

ANEXO F

INSTRUCTIVO DE OPERACIN ....................................................................... F-1


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RESUMEN

La empresa Aglomerados Cotopaxi S.A. (ACOSA) se caracteriza por modernizar y

mejorar sus procesos continuamente; principalmente se destaca de las dems,

porque confa estos procesos de modernizacin a estudiantes que buscan

profesionalizarse.

Este proyecto surge por la necesidad de actualizar el sistema de control del

proceso del aserradero, el cual es manejado por un PLC Siemens S5,actualmente descontinuado, y reemplazarlo por uno de la serie actual de Siemens

el S7-300.

El proceso del aserradero maneja siete etapas que son: KBO-40, HMK-16, CB-15,

TS-18, CB-10, Despuntadoras y Bandas; de las cuales solamente las dos

primeras estaban automatizadas, las otras funcionaban con un sistema

electromecnico. Uno de los objetivos fue integrar todos estos subprocesosutilizando el PLC.

En el proyecto se implement una Interface Hombre Mquina (HMI) en una PC, la

cual fue desarrollada en el software WinCC de Siemens. La HMI se encarga de

supervisar todo el proceso, adems incorpora un sistema de monitoreo de fallos y

alarmas, mediante el cual es posible llevar datos estadsticos como son horas

paro de produccin.

El sistema de control de apertura de las sierras KBO-40 se moderniz, porque el

anterior era ineficiente, al permitir el ingreso de medidas errneas. Este nuevo

sistema utiliza un encoder, un mdulo de conteo rpido, variador de velocidad y la

HMI como medio de mando y visualizacin.


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Finalmente, se instalaron dos sensores de vibracin, los cuales monitorean el

estado mecnico de los motores de mayor potencia del aserradero que son los de

las sierras de corte de la KBO-40. En la HMI se puede observar grficamente el

comportamiento y valores del estado de los motores.


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PRESENTACIN

La presente tesis ha sido desarrollada en seis captulos. El primero es una breve

descripcin de los 3 principales productos que se elaboran en Aglomerados

Cotopaxi S. A. Se enfoca en el proceso de elaboracin de madera slida, sus

etapas de corte, aprovechamiento, despunte y transporte de residuos. Adems el

planteamiento del problema y su solucin alternativa.

El segundo captulo describe el diseo del nuevo circuito de potencia para la

apertura de sierras, sistemas de control, programa del PLC, las caractersticas del

hardware utilizado, el diseo de las redes de comunicacin y el software

empleado para la programacin del PLC S7-300 CPU 315-2PN/DP.

Los requerimientos para la implementacin de la Interfaz Hombre Mquina, as

como una breve descripcin del software utilizado, el diseo y configuracin del

sistema de visualizacin se exponen en el tercer captulo.

En el cuarto captulo se explica el montaje e instalacin de los nuevos equipos.

En el quinto captulo se indican las pruebas realizadas a los nuevos equipos

instalados y los resultados obtenidos a la culminacin del proyecto.

El sexto captulo contiene las conclusiones y recomendaciones del presente

proyecto.


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CAPTULO 1


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2

DESCRIPCIN DE FUNCIONAMIENTO DEL

ASERRADERO DE ACOSA

1.1 GENERALIDADES

Aglomerados Cotopaxi S.A. (ACOSA) fue fundada en el ao de 1978 e inicia su

produccin introduciendo en el Ecuador, en el ao 1979, el tablero de partculas

aglomeradas (Acoplac) con una moderna lnea de produccin importada de

Alemania. Actualmente cuenta con 3 lneas de produccin:

Aglomerado

Es un tablero formado por multicapas de partculas de madera, donde lasms gruesas estn en el centro y las ms finas en la superficie; seaglutinan con resina y son prensadas en condiciones controladas depresin, tiempo y temperatura.

MDF

Es un tablero formado por fibras de madera, aglutinadas con resinassintticas, que son compactadas en un proceso controlado de presin,tiempo y temperatura.

Madera Slida

Son piezas de madera aserrada de pino disponibles en una variedad de

medidas de ancho, longitud y espesor.

1.2 PROCESO DE ELABORACIN DE TABLAS

La materia prima viene en forma de trozas1y llega en camiones que son pesados

en una balanza al ingresar a la fbrica, para controlar la cantidad que ser

procesada; luego se clasifica segn el dimetro, longitud, edad y especie. Antes

1Troza: Tronco de madera irregular cortado en los extremos .


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de ingresar al proceso de corte, las trozas pasan por la mquina descortezadora

donde es retirada la corteza, o si la troza posee un dimetro muy grande es

cortada longitudinalmente obtenindose basas2para as reducir sus dimensiones

y pueda pasar a la sierra principal del aserradero. Luego de pasar por las

diferentes etapas de corte en el proceso del aserradero, se clasifica y apila las

tablas en tarimas segn su longitud, espesor y ancho. Estas tarimas pasan a las

tinas de preservacin donde se sumerge a las tablas en lquidos para protegerlas

contra hongos e insectos, para luego ser transportadas a las cmaras de secado.

Finalmente se procede al embalaje, almacenamiento y est listo para su entrega.

1.3 PROCESO DEL ASERRADERO

El objetivo del proceso del aserradero consiste en obtener tablas aserradas de

madera slida a partir de troncos de pino principalmente y eucalipto como

alternativa.

1.3.1 MANDO GENERAL

El proceso del aserradero tiene siete mesas de mando, de las cuales, la Mesa de

Control 1 (MC1), que es la del operador principal, es la que recibe las trozas y

realiza el primer corte; incluye un selector que habilita la tensin de mando

general para el resto de las mesas y un paro de emergencia para todo el proceso.

Las seis mesas de mando restantes estn ubicadas en diferentes partes del

aserradero y controlan diferentes subprocesos, pero estn relacionadas entre s

por diferentes condiciones que se deben cumplir entre unas y otras; cada una de

estas MC poseen un botn de emergencia que solo afecta el subproceso que

controlan. Todas las mesas de control tienen pulsantes de marcha y paro de los

motores que controlan, selectores para controlar la velocidad del proceso y luces

de sealizacin, que indican si el motor est operando normalmente o se

encuentra en fallo, porque se activ un rel de sobrecarga.

2Basa: Troza cortada longitudinalmente obtenindose una forma rectangular .


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El proceso del aserradero considera siete etapas, que son:

- KBO-40 corte lateral de la troza

- HMK-16 corte mltiple 1

- CB-15 corte de aprovechamiento 1

- TS-18 corte mltiple 2

- CB-10 corte de aprovechamiento 2

- Despuntadoras

- Bandas transportadoras de residuo

1.3.2 KBO-40 CORTE LATERAL DE LA TROZA

En esta etapa la troza o basa es cortada lateralmente por dos sierras ubicadas

verticalmente y separadas entre s una distancia que es ajustada por el operador,

con una separacin mnima de 90mm y mxima de 350mm; aqu se define el

ancho de la semibasa3que ingresar a la HMK-16. El control se realiza desde la

mesa de control MC1.

Esta etapa comienza cuando se reciben las trozas de un montacargas y se

colocan en un sistema de cadenas transportadoras, Figura 1.1, que lleva la

materia prima hasta los discos de transporte volteadores, Figura 1.2, donde el

operador controla el nmero de trozas que ir a la cadena de alimentacin, la cual

transporta a la troza durante todo el corte principal lateral hasta la siguiente etapa.

Figura 1.1 Cadenas de Transporte hacia KBO-40

3Semibasa: Troza cortada lateralmente obtenindose dos lados planos.


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Antes de ingresar a las sierras se tiene el virador de trozas, Figura 1.2, que consta

de unos rodillos que sujetan a la troza y la giran tanto a la izquierda o derecha por

medio de joysticks, donde el objetivo es ubicarla en la mejor posicin para

obtener el mximo aprovechamiento. Los motores de las dos sierras de corte son

activados durante toda esta etapa y cortan a la troza de forma lateral.

Figura 1.2 Discos Volteadores y Virador de Trozas KBO-40

Luego del corte la semibasa es presionada por unos rodillos superiores que

permiten el movimiento seguro de la troza por la cadena, este proceso es

automtico y se ayuda de sensores fotoelctricos de presencia. En esta parte hay

unas bandejas laterales, que en caso de algn fallo en los rodillos de presin,

soporten a la semibasa evitando su cada (Figura 1.3).

Figura 1.3 Rodillos de Presin y salida de Semibasa KBO-40

Las jampas4de este proceso son analizadas por el operario para ver si es posible

obtener ms tablas, y de no serlo, son colocadas en las bandas de residuo.

4Jampa: Residuo sobrante luego del corte lateral de troza


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1.3.3 HMK-16 CORTE MLTIPLE 1

En esta etapa la semibasa es cortada en cierto nmero de tablas o duelas al

mismo tiempo y de un mismo espesor previamente calibrado mecnicamente,

posee unas sierras superiores e inferiores colocadas en forma vertical, y

separadas entre s a una misma distancia; el mando se realiza desde la mesa de

control MC2.

Al inicio se recibe la semibasa proveniente de la KBO-40 y mediante rodillos

transportadores se lleva hasta la siguiente cadena de transporte. El operador de

esta etapa posiciona la semibasa de forma que las partes cortadas queden abajo

y arriba, que da como resultado un ancho constante de todas las tablas a cortar.

Dos rodillos oblicuos, montados en la mitad de los rodillos transportadores,

activados a travs de un selector, tienen por finalidad centrar los bloques en la

cadena de transporte que lleva a la semibasa durante el proceso de corte.

Figura 1.4 Mquina HMK-16 y MC2

Las sierras superior e inferior estn alineadas mecnicamente, donde las

inferiores son las incisoras y realizan el primer corte hasta la mitad de la

semibasa, luego las superiores terminan cortando el bloque obtenindose

diferentes tablas de 9, 13, 17, 22, 45 mm., con un mximo de 10 cortes, segn

sea la necesidad de produccin.

A la salida de este corte otro operador verifica las medidas de ancho y espesor, ymediante una banda se transportan las tablas, que pasaron el control, hacia las


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despuntadoras. Finalmente clasifica el residuo y si es posible obtener ms tablas,

las lleva hacia la cadena transportadora de la CB-10 o de la TS-18, o las lleva

hacia la bandas de residuo.

1.3.4 CB-15 CORTE DE APROVECHAMIENTO 1

En esta etapa las jampas provenientes de la KBO-40 son aprovechadas para

obtener ms tablas, segn considere su operario, de lo contrario deposita este

residuo en las bandas de residuo. El control se realiza desde la mesa de control

MC3.

Este subproceso comienza cuando se lleva el residuo de troza a travs de una

cadena, donde se controla el avance y el flujo de madera que se recibe a travs

de pulsantes de pedal.

Por medio de una mesa de rodillos se ingresa la jampa a una cadena de

transporte, de modo que la parte cortada quede abajo, todo esto se hace de forma

manual. Las dos sierras se encuentran colocadas de forma vertical separadasentre s a una distancia ajustada por el operador desde un HMI, para luego

realizar el corte de madera tanto a la izquierda como derecha al mismo tiempo.

Finalmente este pedazo de madera es transportado por una banda hacia la TS-

18.

Figura 1.5 Mquina CB-15


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1.3.5 TS-18 CORTE MLTIPLE 2

Al igual que la HMK-16, en esta etapa se procede a cortar la madera en diferentes

espesores a la vez, pero en una dimensin y cantidad menor. El mando se realizadesde la mesa de control MC4.

La madera proveniente de la CB-15 o HMK-16 se coloca de forma que las partes

planas laterales ingresen en la mquina de forma vertical, esto hace el operador

de esta seccin, adems presiona un pulsante de pedal, abriendo un brazo

hidrulico que fija la madera a travs del corte. Con la madera dentro de la

cadena transportadora, el pulsante debe dejarse de pisar y el brazo asegura lamadera contra los rodillos alineadores, de esta manera la madera es conducida

por la cadena y a travs de las sierras.

Las sierras superiores e inferiores para el corte de madera se calibran

mecnicamente en diferentes espesores, obtenindose as tablas de 9, 13, 17,

22, 45 mm., con un mximo de 3 cortes.

A la salida de este corte otro operador verifica las medidas y mediante una banda

se transportan las tablas, que pasaron el control, hacia las despuntadoras.

Finalmente clasifica el residuo y si es posible obtener ms tablas las lleva hacia la

cadena transportadora de la CB-10 o nuevamente a la TS-18, o las lleva hacia la

bandas de residuo.

Figura 1.6 Mquina TS-18 y MC4


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1.3.6 CB-10 CORTE DE APROVECHAMIENTO 2

El mando se realiza desde la mesa de control MC5, en esta etapa la madera que

no pudo ser cortada luego de la TS-18 y HMK-16 y todava es aprovechable pararealizar cortes de tablas de menor ancho.

Esta etapa tiene dos cadenas de alimentacin provenientes de las salidas de los

otros subprocesos, donde se controla el avance y el flujo de madera que se recibe

a travs de pulsantes de pedal.

Por medio de una mesa de rodillos, se ingresa la madera a una cadena detransporte de modo que la parte lateral quede abajo; es posible ingresar varias

tablas a la vez porque hay una regulacin de los rodillos superiores e inferiores de

presin. Las dos sierras se encuentran colocadas de forma vertical separadas

entre s, a una distancia ajustada por el operador desde un panel de operador,

para luego realizar el corte de madera, tanto a la izquierda como derecha al

mismo tiempo. Finalmente este pedazo de madera es transportado por una banda

hacia las despuntadoras.

Figura 1.7 Mquina CB-10 y MC5

1.3.7 DESPUNTADORAS Y SALIDA DE MADERA ASERRADA

El mando de este proceso se realiza desde la mesa de control MC6. Todas las

tablas luego de los cortes en las anteriores etapas llegan a las despuntadoras,


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10

donde el objetivo es cortar las puntas del ancho de ambos lados de la tabla, para

que sean rectas y darles una determinada longitud final.

Las tablas provienen de los procesos de corte anteriores hasta llegar a la primera

cadena, la cual las transporta a la siguiente cadena donde se encuentran las

despuntadoras.

Las tablas son transportadas transversalmente por las correas de las cadenas

hacia el extremo de la despuntadora derecha. Luego de este primer despunte

mediante rodillos accionados a travs de correas y un eje intermedio accionado

por un motor, se traslada a las tablas hacia la despuntadora izquierda.

Las sierras despuntadoras son las que realizan el perfilado de las tablas, se

encuentran a los lados de la segunda cadena; en cada despuntadora est un

operador que controla que se realice correctamente el corte, luego son llevadas a

la tercera cadena.

Figura 1.8 Despuntadoras

Esta ltima cadena lleva el producto final hacia la mesa de clasificacin, Figura

1.9, donde las tablas se apilan segn su longitud, espesor y ancho; y las que no

tienen las dimensiones apropiadas son llevadas a la chipeadora.


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Figura 1.9 Mesa de clasificacin

1.3.8 BANDAS TRANSPORTADORAS DE RESIDUOS

En cada proceso de corte, no toda la madera es aprovechada para la elaboracin

de tablas, por lo que siempre hay un resto que se utiliza para quemarlo en el

caldero para el proceso de secado de las tablas ya aserradas o en el caldero para

el proceso del MDF, pero antes pasa por la mquina chipeadora donde la madera

es cortada en pedazos pequeos para facilitar la combustin. El control de estos

motores se realiza desde la MC7 y su funcionamiento siempre es continuo.

Figura 1.10 Residuo de madera de proveniente de Bt 4 hacia la chipeadora

Las bandas de transporte se encuentran ubicadas debajo de todo el proceso del

aserradero y son las siguientes:

Banda transportadora Bt 3

Recoge los residuos de madera de los procesos de corte de la CB-15 y TS-18, sta llega directamente a la chipeadora.


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12


Recoge los residuos de madera de los procesos de corte de la KBO-40 y

HMK-16, sta llega directamente a la chipeadora.


Recoge los residuos de madera de los procesos de corte de las

Despuntadoras, sta llega a la banda Bt 7.


Recoge los residuos de madera de los procesos de corte de la CB-10, sta

lleva los residuos a la banda Bt 4.


Recoge los residuos de madera provenientes de la banda Bt 5 y los lleva ala banda Bt 4.

Figura 1.11 Banda Transportadora Bt 3


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13

1.4 RESUMEN GRFICO DEL PROCESO DE ELABORACIN DE

MADERA SLIDA

Esquema 1.1 Ingreso de Materia Prima a la Sierra KBO-40

Esquema 1.2 Procesos de Corte de Madera


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Esquema 1.3 Bandas Transportadoras de Residuos de Madera

1.5 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA Y SOLUCIN

ALTERNATIVA

1.5.1 PLANTEAMIENTO GENERAL

El PLC del aserradero de marca SIEMENS de la gama S5 con CPU 115U, haba

presentado fallos en su batera de alimentacin, por lo que se hizo necesario su

reemplazo. Actualmente al estar esta lnea de PLCs descontinuada, los repuestos

se vuelven costosos y difciles de conseguirlos, trayendo paros en el proceso de

produccin y consecuentemente prdidas econmicas para la empresa.

La solucin fue adquirir un PLC de la lnea actual de SIEMENS de la gama S7-

300, que incorpora puertos de comunicacin Profibus y Ethernet; adems con

este cambio se integraran partes del proceso del aserradero que no constan en el

actual PLC.


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15

1.5.2 PROBLEMAS EN LA APERTURA DE SIERRAS KBO-40

El sistema de apertura de las sierras de corte del proceso KBO-40 actual, consta

de un encoder incremental y un contador anlogo de pulsos. El operador lee los

datos de pulsos obtenidos al abrirse o cerrarse las sierras y lo relaciona con

distancia. Este sistema no trabaja bien porque el instrumento se descalibra y

modifica las lecturas, por lo que el operador ingresa medidas errneas.

La solucin propuesta para este problema es la utilizacin de un sistema que

utilice un encoder, un contador rpido y un variador de velocidad, para ejecutar el

movimiento adecuado del motor de apertura de sierras. El sistema trabaja de lasiguiente manera:

1. El operador coloca una medida de apertura mediante una HMI.

2. El PLC procesa este dato de distancia y relaciona con un nmero de

pulsos, que ser el set point a contar.

3. El mdulo de contaje rpido ubicado en el PLC de la apertura de sierras

CB15 y CB10, inicia el conteo de los pulsos provenientes del encoder en

un punto de referencia que puede ser la apertura mxima o mnima, y

transmite este nmero mediante comunicacin Profibus al nuevo PLC a

instalarse, el cual procesa este dato y relaciona con distancia.

4. El PLC enva seales digitales y analgicas al variador de velocidad para

controlar el movimiento del motor.

5. Finalmente, la HMI despliega la distancia de apertura hasta llegar a la

deseada, cuando el motor se ha detenido.


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16

1.5.3 VISUALIZACIN DE ALARMAS

El sistema actual de control de fallos en los motores, trabaja mediante la

visualizacin de lmparas en las consolas de control. Este sistema no es eficiente

porque no cubre todos los eventos de falla y se basa en un sistema de luces que

pueden daarse en cualquier momento.

La propuesta para mejorar este sistema es implementar dentro de la HMI, un

panel de visualizacin de alarmas que cubra todos los motores, utilizando

entradas digitales del PLC conectadas con los contactos auxiliares de los rels

trmicos de cada motor, facilitando al personal de mantenimiento elctrico laubicacin del dao, fecha y hora en que sucedi, y llevar datos estadsticos sobre

las horas paro de produccin.


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CAPTULO 2


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18

DISEO DEL NUEVO CIRCUITO DE POTENCIA Y

SISTEMA DE CONTROL

En la actualidad la industria ha ido desarrollndose con la incorporacin de PLCs

(Controlador lgico programable) en sus procesos, debido a la robustez que stos

ofrecen en ambientes industriales, fcil programacin y compatibilidad para

comunicarse con otros equipos, mediante diversos protocolos de comunicacin.

El nuevo sistema de control debe tener en cuenta algunas caractersticas

generales para su diseo:

Los motores trabajan a 440 V trifsico con una frecuencia de 60 Hz y stos

son activados por contactores con bobinas que operan a 220 VAC.

Para la apertura de sierras de la KBO-40 se utiliza un encoder, un variador

de velocidad Simovert y un mdulo de contaje rpido.

Se debe mantener la lgica de funcionamiento del proceso del aserradero.

Se debe mantener la rutina de trabajo de los operadores, por lo que se usa

las mismas consolas de mando, y con la misma distribucin de pulsantes,

selectores y lmparas para la operacin de la maquinaria.

El diseo y montaje del nuevo armario de control debe realizarse con todas

las normas de proteccin, seguridad y recomendaciones de instalacin delequipo electrnico.

2.1 DISEO DEL NUEVO CIRCUITO DE POTENCIA PARA LA

APERTURA DE LA SIERRA KBO-40

En el nuevo circuito de fuerza se mantiene el actual motor con su freno

electromagntico, se incluye un variador de velocidad de la serie Simovert de


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19

Siemens para regular la velocidad y posicin, y un contactor que tiene las

funciones de habilitar la alimentacin para el drive y de seccionamiento del

circuito. Para el sistema de proteccin se utiliza un guardamotor que protege al

motor contra cortocircuitos y sobrecargas, tambin se incluyen bobinas de

reactancia para proteger al equipo contra picos elevados de tensin y reducir los

armnicos. Segn recomendacin del fabricante (Siemens), con el manejo de

esta potencia no se hace necesario usar fusibles de accin rpida, ni tampoco

bobinas de reactancia de salida, porque la distancia entre el motor y drive es de

15m. El circuito se encuentra en el anexo A6.

2.1.1 VARIADOR DE VELOCIDAD

Para dimensionar el variador de velocidad se utiliza los datos de placa del motor y

el catlogo DA 65.10 2003/2004 de Siemens. Los datos de placa del motor estn

en la tabla 2.1

PARMETROS VALOR

Potencia [KW] 1.1Voltaje [V] 440

Corriente [A] 2.5

Frecuencia [Hz] 60

Factor de Potencia 0.7

Velocidad [RPM] 1750

Tabla 2.1 Datos de Placa del motor apertura de sierras KBO-40

El motor se acopla a la carga a travs de un reductor cuya relacin es 28. Las

sierras se transportan en el tornillo a una velocidad de 40 R.P.M., que es la

mnima sugerida por la fbrica, la cual se debe mantener para el trabajo normal

del movimiento de las sierras.

La velocidad en el motor es:

N = i. NL (2.1)


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20

Donde N es la velocidad del motor, i la relacin de reduccin y N Lla velocidad de

la carga.

De 2.1 se tiene que la velocidad de trabajo actual del motor es:

N = 28 40 = 1120 R.P.M.

La potencia del motor est dada tambin por:

P = T NR (2.2)

Donde P es la potencia del motor [W], T es el torque [Nm] y N Res la velocidad del

motor [rad/s]. De esta ecuacin se obtiene el torque nominal y el torque a la

velocidad mnima de trabajo:

RNP

T =

60srad2

1750RPM.

W1100TNOMINAL

=

60srad2

1120RPM.

W1100TVmn

=

TNOMINAL= 6 [Nm] TVmn= 9,38 [Nm]

Del circuito equivalente de un motor asincrnico se sabe que:

Nss

RI3T

22

2

= (2.3)

Donde T es el torque del motor, I2 la corriente que circula por el rotor referida al

estator, R2 es la resistencia del rotor, Ns la velocidad de sincronismo y s el

deslizamiento.


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21

Al despejar R2de la ecuacin 2.3 y calcular para valores nominales, sabiendo que

la velocidad de sincronismo es 1800 RPM y asumiendo que la corriente en el rotor

es la misma que en el estator para facilitar los clculos, se tiene:

22

2I3

NssTR

=

( )22

A2,5360s

rad21800RPM0,027Nm6

R

=

R2= 1,67

Con el valor de la resistencia R2viene el clculo de la corriente del rotor para la

velocidad mnima utilizando la ecuacin 2.3 y el valor del torque a velocidad

mnima. Ntese que el valor del deslizamiento es el mismo, ya que con el

accionamiento se mantiene V/f constante.

2

Vmn2

R3NssT

I

=

1,67360s

rad21800RPM0,027Nm9,38

I2

=

I2 = 3,13 A

Por lo tanto la corriente del variador debera ser mnimo de 3,13 A, que es 1,25

veces la corriente nominal del motor. Segn recomendaciones de la empresa,

luego de dimensionada la corriente del convertidor a pleno par en el punto de

carga exigido (NL), este valor debe multiplicarse por 1,2 por cada 1000m de altura

que sobrepase el variador a instalarse, porque los elementos semiconductores

reducen su trabajo pasada esta altura, entonces:


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22

IVARIADOR= 3,13 * 1,44 = 4,5 A

Por lo que se debe elegir un variador de velocidad de al menos 4,5 A y en el

catlogo de Siemens DA 65.10 2003/2004, pginas 3/46 y 3/47 se encuentra un

variador con rango de corriente de 5,5 a 8 A y potencia de 2,2 KW, con nmero de

catlogo 6SE7016-1EA61.

2.1.2 ELEMENTOS DEL CIRCUITO DE POTENCIA

Segn el catlogo de Siemens DA 65.10 2003/2004 Pg. 3/46 y 3/47, se

encuentran los siguientes elementos que deben conectarse junto al variador de

velocidad para su correcto funcionamiento y proteccin:

Elemento Referencia Valores de Trabajo

Guardamotor 3RV10 21-1HA15 5,5 - 8 A

Contactor 3RT10 23-1AN64 4 KW AC3

Reactancia de Red Ud 2% 4EP3200 1US00 Corriente Asignada 6,3 A

Potencia Disipacin 23/35 WTabla 2.2 Elementos del circuito de Potencia

2.2 DISEO DEL NUEVO SISTEMA DE CONTROL

El nuevo sistema de control bsicamente consta de dos partes:

1. El control de las diferentes etapas que forman el proceso del aserradero.

2. El sistema de apertura de sierras.

Para el control del aserradero, se mantiene la misma lgica de funcionamiento y

trabajo que desarrollan los operadores y supervisores. En esta etapa del control

se incluye los subprocesos CB-15, TS-18, CB-10, despuntadoras y bandas que no

constan en el PLC anterior. Adems incluye un sistema de monitoreo de vibracinpara los motores de las sierras de corte de la KBO-40.


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En cuanto al sistema de visualizacin de alarmas en las diferentes consolas de

mando se mantiene el mismo, a pesar de que no cubre todos los eventos de fallos

que se presenten; pero en la HMI implementada se visualizan todas las alarmas

que sucedan en caso de fallo de los motores.

Para el sistema de apertura de sierras es necesario reemplazar el encoder

anterior por uno nuevo de 2000 pulsos por revolucin, donde el sistema de

posicionamiento es ms preciso, por lo que es necesario incluir un bloque de

conteo rpido en el PLC, y en base al nmero de pulsos contados se relaciona

con la distancia.

Existen dos modos de trabajo, manual y automtico, que se los puede escoger

desde la Interface Hombre Mquina implementada en un computador personal,

mediante el software WinCC de Siemens.

En modo manual el operador realiza el control mediante dos pulsantes, tanto para

la apertura como para el cierre de las sierras y puede visualizar la distancia actual

entre sierras en la pantalla del ordenador de la HMI.

En modo automtico el operador ingresa la medida deseada de apertura de

sierras a travs de la HMI y la accin se ejecuta inmediatamente luego de dar un

clic en ACEPTAR en la pantalla de visualizacin. La medida actual de la apertura

de sierras se visualiza en la pantalla de la HMI, hasta llegar a la medida ajustada.

2.2.1 ARQUITECTURA DEL NUEVO SISTEMA DE CONTROL DEL PROCESODEL ASERRADERO

Para el nuevo sistema de control se realiza la construccin de un nuevo armario

elctrico, desde el cual se puede manejar el proceso. En la figura 2.1 se ilustra en

forma de bloques la arquitectura del nuevo sistema de control.


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24

Figura 2.1 Grfico de la arquitectura general del nuevo sistema de control del aserradero

2.2.1.1 Armario Nuevo

El nuevo sistema de control es implementado mediante la utilizacin de un PLC

(S7-300 de Siemens), ubicado en el nuevo armario, que permite el control de las

sierras de las diferentes etapas del proceso por medio de pulsantes de marcha,

paro, fines de carrera y sensores. El proceso es controlado en su totalidad desde

el PLC, as como desde cada una de las consolas de mando ubicadas junto a las

sierras de corte.

PROFIBUS

ARMARIOANTIGUO

ARMARIO

NUEVO HMI(PC)ETHERNET

CONSOLAS DEMANDO (7)

Pulsantes, Selectores,Luces Pilotos

EQUIPOELCTRICO

CONECTADO:Sensores dePresencia, Relsde Sobrecarga,Finales deCarrera, Vlvulas,Contactores

SENSORESDEVIBRACIN

PLCCB15CB10

NUEVOPLC

FM 350-2Mdulo deConteoRpido


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A la entrada del nuevo armario existe un guardamotor 3RV10 31-4FA10 de 28-40

A, como proteccin general, a partir del cual se derivan varios circuitos elctricos

como se indica en la figura 2.2. La alimentacin al nuevo armario de control, viene

de un tablero de distribucin elctrico y est protegido por un guardamotor 3RV10

41-4JA10 de 45-63 A.

Figura 2.2 Diagrama de distribucin elctrica del nuevo armario

Para la distribucin elctrica desde el guardamotor principal hacia cada uno de los

transformadores se utiliza un sistema busbar, con protecciones individuales para

cada circuito.

Figura 2.3 Sistema busbar

La utilizacin de los transformadores se indica en la siguiente tabla:


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Transformador UtilizacinPotenciaNominal

[VA]

Voltajede

Entrada [V]

Voltajede

Salida[V]

m1 Alimentacin PLC 1000 440 220m2 Alimentacin de la fuente de mdulos del PLC 1000 440 220m3 Alimentacin de la fuente de sealizacin 500 440 220m4 Alimentacin de bobinas de los contactores 2000 440 220

Tabla 2.3 Transformadores utilizados para el nuevo sistema de control

Dentro del nuevo armario tambin se incluyen fuentes de corriente continua para

alimentar al PLC, a los circuitos de entrada y salida y a los dispositivos de

visualizacin. En la siguiente tabla se describen las fuentes utilizadas:

Fuente Utilizacin

Voltajede

Entrada[VAC]

Voltajede

Salida[VDC]

CorrienteNominal

[A]

FS1 Fuente de alimentacin PLC 220 24 10

FS2 Fuente para los mdulos de entradas y salidas del PLC 220 24 20

FS3 Fuente de sealizacin 220 24 10

Tabla 2.4 Fuentes DC en el nuevo sistema de control

Figura 2.4 Fuentes DC

Todos los circuitos de entradas y salidas del PLC son alimentados a 24 VDC.

Para los circuitos de salida a contactores, se usan rels de interposicin Siemens

de 24 VDC, para activar las bobinas correspondientes, ya que estos trabajan a


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27

220 VAC, y para proteger los contactos de los mdulos de salida. En las figuras

2.5 y 2.6 respectivamente, se indica el diagrama de conexin y el rel de

interposicin.

Figura 2.5 Diagrama de conexin de las salidas del PLC a un rel de interposicin

Figura 2.6 Rels de interposicin

Finalmente se utilizan dos tarjetas de multiplexacin, como se observa en la figura

2.7, y el circuito se encuentra en el anexo A8. Estos circuitos ahorran recursos del

PLC, porque utilizan pocas entradas y salidas digitales, y realizan dos acciones:

- Verificar que los contactores realmente se activaron, mediante

realimentacin, ya que se conectan a los contactos auxiliares de stos.


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28

- Impedir que los contactores de los motores dahlander y de inversin de

giro se activen al mismo tiempo en el programa del PLC, por seguridad

tambin se hace un bloqueo fsico.

Figura 2.7 Tarjetas de Multiplexacin

2.2.1.2 Armario Antiguo

Las seales de los finales de carrera, sensores de presencia, electrovlvulas,

rels de sobrecarga y contactores de los motores de todo el proceso del

aserradero se encuentran en este armario, y debido al cambio de sistema, serealiz un nuevo cableado entre cada uno de los mdulos del armario antiguo con

el nuevo armario elctrico, utilizando cable 25x16AWG, para recibir las seales en

los mdulos de entrada del PLC y enviar las seales de control hacia las bobinas

de los contactores.

Figura 2.8 Cableado del mdulo 2 del armario antiguo


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2.2.1.3 Consolas de Mando

Se realiza un nuevo cableado entre cada una de las consolas de mando y el

nuevo armario con cable 25x16AWG; alambrado que se encuentra correctamente

sealizado mediante el uso de marquillas.

Figura 2.9 Cable de 25 hilos utilizado para el cableado desde las consolas de mando

Las lmparas de sealizacin que trabajaban a 220 VAC de todas las mesas, sonreemplazadas por lmparas tipo LED a 24 VDC.

La etapa CB-15 controlada desde dos consolas de mando, una para la apertura

de sierras y otra para el control de la cadena de arrastre, sierras de corte y banda

de salida; esta ltima es reemplazada mediante la instalacin de pulsantes y

lmparas de sealizacin en la otra consola.

Figura 2.10 Puerta colocada en plpito CB-15


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2.2.1.4 PLC CB15_CB10

Este PLC se encarga del control del sistema de apertura de las sierras CB15 y

CB10, ste incluye el mdulo de contaje rpido FM 350-2, que posee 8 canales

de conteo y del cual 6 se encuentran libres, y para evitar comprar uno nuevo para

el sistema de apertura de sierras KBO-40, se utiliza un canal libre. Para enviar y

recibir la informacin entre estos dos PLCs se utiliza comunicacin Profibus.

Figura 2.11 PLC CB15_CB10 y mdulo de conteo rpido FM 350-2

2.2.1.5 Sensores de Vibracin

Los sensores se colocan en los motores de las sierras de corte de la KBO-40, son

ProvibTech con salida analgica de 4-20 mA con una equivalencia de 0-20 mm/s

(RMS), esta informacin se encuentra en los anexos D. Se utilizan dos entradasanalgicas del PLC y mediante software se hace la conversin a su equivalente

en mm/s y este dato se puede observar desde la HMI. Por experiencia de la gente

de mantenimiento, cuando los motores de las sierras KBO-40 trabajan

permanentemente sobre los 4 mm/s, se encuentran en desperfecto y es necesario

su mantenimiento. Para la conexin de los sensores de vibracin hacia los

mdulos anlogos del PLC se utiliza cable apantallado para evitar que las

perturbaciones afecten las seales del proceso, adems la pantalla debe seraterrizada para evitar el efecto de corrientes equipotenciales.


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Figura 2.12 Sensor de vibracin colocado en el motor de la sierra izquierda de la KBO-40

2.2.1.6 Interface Hombre Mquina (HMI)

Para la visualizacin y monitoreo del proceso, as como para llevar los datos

estadsticos, se coloca un computador junto al puesto de mando principal del

operador de la KBO-40, en ste se visualiza el estado del proceso controlado por

el PLC, adems facilita realizar las modificaciones que sean requeridas. Las

caractersticas de la HMI se encuentran en el captulo 3.

Figura 2.13 Computador para la HMI


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2.2.2 PROGRAMA DE CONTROL DEL PLC

El PLC usado en este proyecto es el Simatic S7-300. Este equipo es de

arquitectura modular y posee mltiples funciones que facilitan el trabajo y la

programacin para variadas aplicaciones.

Entre los criterios que se toman en cuenta para la seleccin del PLC se pueden

anotar las siguientes:

Compatibilidad con los equipos existentes en la planta (Siemens).

Nmero de seales de entradas y salidas digitales.

Nmero de seales de entradas y salidas analgicas.

Distribucin de sensores y actuadores (local, periferia).

Memoria de programa y datos.

Funciones especiales de programacin.

Canales de comunicacin (red de PLCs, visualizacin en PC).

2.2.2.1 Caractersticas del PLC

A continuacin se muestra las principales caractersticas del PLC Siemens S7-

300 que se utiliza en este proyecto.

Simatic S7-300


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Figura 2.14 PLC Simatic S7-300

La familia SIMATIC S7-300 ofrece soluciones de automatizacin para un rango deejecucin medio - alto. Entre las principales caractersticas se encuentran las

siguientes:

Memoria de Programa alta y ampliable con MMC (Micro Memory Card).

Manejan hasta 1024 entradas/salidas.

Rpido tiempo de ejecucin, que permite a la CPU ejecutar hasta 1024

instrucciones binarias en 0.1 ms.

Configuracin modular y rpida expansin posibles a travs de mdulos deinterface con un bus plano integrado en la parte posterior.

Amplitud modular a travs de mdulos digitales, analgicos, simulacin y

mdulos de funcin, que permiten la comunicacin con otros tipos de

mdulos.

Configuracin/Programacin rpida y sencilla con el software STEP 7.

Manejo de protocolos de comunicacin MPI, Profibus y Profinet.

Mayor informacin tcnica del equipo Simatic S7-300 y sus mdulos utilizados en

el proyecto se encuentra en el anexo C.

CPU 315-2PN/DP

El CPU del PLC usado en este proyecto es el S7-300 315-2PN/DP cuyo cdigo

Siemens es 6ES7 315-2EH14-0AB0 versin 3.1, el cual tiene una memoria central

de 384 Kbytes y los protocolos de comunicacin que maneja son Ethernet


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Industrial (Profinet), Profibus y MPI. Se escoge este CPU por la variedad en sus

puertos de comunicacin, alta capacidad de memoria y manejo de varios mdulos

de ampliacin.

Figura 2.15 CPU 315 2PN/DP

Mdulos de Ampliacin

Se utiliza el mdulo IM360 para el bastidor central (6ES7 360-3AA01-0AA0), con

una ampliacin mxima de 3 bastidores utilizando el mdulo IM361 (6ES7 361-

3CA01-0AA0). Cada bastidor puede tener hasta 8 mdulos de entradas, salidas y

funciones especiales. En el proyecto se utiliza 1 mdulo IM360 y 2 mdulos

IM361.

Figura 2.16 Mdulo de Ampliacin IM360


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Mdulos de Entradas y Salidas

Para el presente proyecto se utiliza mdulos de entradas y salidas, tanto digitales

como analgicas, con la caracterstica de que presentan aislamiento galvnico

para proteccin de la tarjeta interna. Se necesitan las siguientes cantidades de

entradas y salidas:

Cantidad Nmero deMdulos Cdigo

Entradas Digitales 230 8 de 32c/uno 6ES7 321-1BL00-0AA0

Salidas Digitales 227 8 de 32c/uno 6ES7 322-1BL00-0AA0

Entradas Analgicas 2 1 de 8c/uno 6ES7 331-7KF02-0AB0

Salidas Analgicas 1 1 de 8c/uno 6ES7 332-5HF00-0AB0

Tabla 2.5 Nmero de entradas y salidas requeridas

Figura 2.17 Mdulos de entradas y salidas

Mdulo de Contaje Rpido

A pesar de que este mdulo no es necesario comprarlo, porque ya est en el PLC

CB15_CB10, se utiliza uno de sus canales y por ello consta en esta descripcin.

El FM 350-2 posee 8 canales, es de 20 KHZ, maneja niveles de 24VDC y se

utiliza para contaje, medicin de recorrido, frecuencia y de velocidad. Su cdigo

es 6ES7350-2AH00-0AE0 y en el proyecto se utiliza el canal 4 con un encoder

incremental.


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Micro Memory Card (MMC)

Es la memoria externa del PLC y en esta tarjeta se almacenan el programa de

usuario, la configuracin de hardware del PLC y los enlaces de comunicacin. El

clculo de sta se hace en base a las instrucciones y recursos del programa que

se utilicen.

En este caso se calcula en base al nmero de entradas y salidas totales

multiplicadas por 50 bytes, que se necesite para ejecutar alguna secuencia; en

este proyecto son 460, entonces:

460 datos x50bytes = 23Kbytes

Para almacenar datos se utiliza los bloques de datos (DBs), por lo que se usan

30Kbytes. Se necesita una MMC de al menos 53Kbytes, por lo que una memoria

de 128 Kbytes es suficiente; pero se escoge una de 512 Kbytes, porque el precio

no variaba mucho en comparacin al anterior. Su cdigo es 6ES7 953-8LJ20-

0AA0.

2.2.2.2 Estructura del Programa

El programa es elaborado mediante el software Step 7, el cual consta de

diferentes bloques para programacin. El programa principal se realiza en el OB1,

que es el nico bloque cclico y consta de algunas subrutinas que se encuentran

en funciones (FCs), de las cuales las ms importantes son:

Los subprocesos de corte KBO-40, HMK-16, CB-15, TS-18, CB-10,

despuntadoras y bandas.

Apertura de sierras KBO-40.

Monitoreo de los sensores de vibracin.


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Existen funciones especiales (SFCs) propias del Step 7 que sirven para la

comunicacin Profibus, el tratamiento de entradas y salidas analgicas que se

usan en este programa.

2.2.2.3 Diagrama de Flujo

No

Si

Si No

Figura 2.18 Diagrama de flujo del programa principal

2.2.2.4 Apertura de Sierras KBO-40

El programa de control es un sistema en lazo cerrado, pues toma los datos del

encoder que se encuentra en el mdulo de conteo rpido FM 350-2 y se

comparan con un nmero ajustado previamente por el operador.

Programa Principal

Habilitar

Tensinde Mando

EncenderMotores de los

procesos deBandas

DespuntadorasKBO-40

HMK-16CB-15TS-18CB-10

Se activaParo de

Emergencia?

Apertura de lasSierras KBO-40

Monitoreo delos Sensoresde Vibracin

2

2

Se ejecuta OB1cclicamente

Paro detodo elproceso

1

1


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Para saber el nmero de pulsos que se trasladan las sierras, se toman las

distancias mnima (95 mm) y mxima (307 mm) que recorren las sierras, dando

una diferencia de 212 mm. El nmero promedio de pulsos que se llega a contar

fue de 36100 aproximadamente, con lo cual se tiene una pendiente de 170,28

pulsos/mm, con lo que se tiene la siguiente ecuacin:

recorreradistanciamm

pulsos170,28pulsosdeNmero = (2.4)

Figura 2.19 Sistema en Lazo Cerrado de la Apertura de Sierras

Esta ecuacin se ingresa en el programa de control del PLC y el dato de distancia

a recorrer es ingresado en la HMI y enviado mediante Profibus al PLC CB15_10

que tiene el mdulo de conteo rpido. En este PLC se compara el dato del

contador con el dato de distancia que viene en nmero de pulsos; al ser igual, se

da la orden de parar al motor a travs de un dato que se transmite al PLC

Aserradero, ste para el motor en la posicin deseada.

El variador cumple la funcin de reducir la velocidad del motor, para que el

proceso de apertura sea ms preciso y que no sea brusca la parada del motor.

Este motor tiene un freno electromagntico y cuando se inicia el proceso de

apertura, ste es desactivado antes de ingresar la medida; y luego de que llega a

la posicin deseada se activa nuevamente.


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39

En el modo manual, el proceso es controlado por los pulsantes de marcha y de

paro, se inicia el conteo de pulsos y como este dato siempre se transmite, se lo

relaciona con la distancia para desplegarla en la HMI.

Mientras va cambiando la distancia es posible observar su valor en la HMI, ya que

el dato de nmero de pulsos siempre ingresa al PLC y se lo transforma en

distancia.

Este sistema de apertura de sierras tiene un error de +/- 1 mm que est en el

rango de trabajo del Aserradero, por lo que no es necesario realizar un control del

tipo PID para que sea ms preciso.

2.3 DISEO DE LA RED DE COMUNICACIN.

En este proyecto se implementa una red de comunicacin industrial Profinet, que

es el estndar Industrial Ethernet para tareas de automatizacin, conformada por

el PLC (Aserradero) y el PC de la HMI. Esta red se enlaza a la red Profibus

existente de la planta.

El PLC del proceso de las sierras CB15_CB10 posee dos puertos de

comunicacin MPI y Profibus, y constan en su red de comunicacin los siguientes

elementos:

Elemento Puerto Direccin Velocidad

PLC S7-300, CPU 315 2DP MPI/Profibus 2 187,5 Kbaudios

Panel HMI OP7 MPI 4 187,5 Kbaudios

Drive Simovert Profibus 3 1,5 Mbit/s

PC con tarjeta CP 5611 Profibus 9 1,5 Mbit/s

Tabla 2.6 Elementos de la red de comunicacin de las sierras CB-15 y CB-10

El PLC S7-300 con CPU 315-2PN/DP del Aserradero tiene los puertos MPI,

Profibus y Ethernet Industrial (Profinet); y est en red con la PC de la HMImediante Profinet.


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40

Las direcciones IP que se asignan por parte de la empresa son:

Elemento Direccin

PLC S7-300, CPU 315 2PN/DP 192.167.5.17

PC con WinCC para HMI 192.167.5.18

Tabla 2.7 Direcciones IP de la red de comunicacin

2.3.1 SOFTWARE

En el programa Step 7, se integra en un solo proyecto los PLCs de las sierras

CB15_CB10 y el del Aserradero, donde este ltimo es configurado como esclavo

por no tener otros dispositivos en su red, como son el variador de velocidad y el

panel HMI OP7, que son parte del otro PLC.

Para acoplar las dos redes se utiliza el programa NetPro de Siemens; y mediante

el protocolo Profibus se procede a la configuracin de la nueva red, como se

observa en la Figura 2.20

Figura 2.20 Red de comunicacin en NetPro


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41

El PLC CB15_CB10, configurado anteriormente se mantiene con los mismos

elementos, puertos de comunicacin, velocidades y direcciones. Se agrega

nicamente la nueva red Ethernet que se transmite a velocidades de

10/100Mbit/s, llamada ACOSA que consta del PLC Aserradero y la PC de la HMI

con las direcciones indicadas en la Tabla 2.7. El enlace entre las dos redes se

hace mediante protocolo Profibus con configuracin de Maestro para el PLC

CB15_CB10 y de Esclavo para el PLC Aserradero, este ltimo con direccin 4 y

manteniendo la velocidad de 1,5 Mbit/s.

2.3.2 HARDWARE

En el cableado de Profinet se utilizan los conectores de Siemens Simatic NET IE

FC RJ45 Plug 180 2X2, 6GK1 901-1BB10-2AB0, cubiertos por una caja metlica

para apantallamiento y de fcil conexin con el cable, pues solamente se necesita

introducir las puntas peladas de los cables, hacer presin y cerrar.

El cable usado es el IE FC TP Standard Cable GP 2 x 2, 6XV1 840-2AH10, el

cual es de par trenzado y apantallado de 4 hilos. La parte externa es de color

verde para diferenciarla de los otros cables de comunicacin.

Figura 2.21 Conector y Cable para Profinet de Siemens


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42

En el cableado de Profibus se utiliza los conectores de Siemens Sub-D 9 polos,

6ES7 972-0BA41-0XA0, donde se puede conectar hasta dos cables apantallados

de 2 hilos cada uno en 4 bornes de conexin, para formar un nodo en la red que

sirva tanto de entrada para un elemento y de salida para el siguiente. El cable

usado para esta conexin es el mismo del cableado Profinet. A travs de un

interruptor accesible desde el exterior puede activarse la resistencia terminadora

integrada en el conector de bus. En la red implementada se desactiva la

resistencia anterior que se encuentra en el PLC CB15_CB10 y se la activa en el

PLC Aserradero, para marcar que la red Profibus termina en este punto.

Figura 2.22 Conector Sub-D para Profibus


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CAPTULO 3


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IMPLEMENTACIN DE LA INTERFAZ HOMBRE

MQUINA (HMI)

3.1 REQUERIMIENTOS DE DISEO

Para la supervisin y visualizacin del proceso e ingreso de datos se realiza la

implementacin de una Interfaz Hombre Mquina (HMI), mediante el software

WinCC v7.0 de Siemens, en un computador ubicado junto al puesto de mando de

la sierra de corte principal KBO-40.

Para el diseo de la interfaz se establecen varias funciones que permitan a los

usuarios manipular fcilmente y adaptarse rpidamente al nuevo sistema, entre

las que se citan a continuacin:

Visualizacin del estado de cada uno de los motores del proceso

(encendido, apagado y falla).

Rpida navegacin entre pantallas de la aplicacin.

Visualizacin de avisos y alarmas.

Visualizacin de histricos de alarmas.

Ingreso y despliegue de datos.

Almacenamiento de datos.

Administracin de usuarios.


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Figura 3.1 Interaccin entre el proceso y la HMI

3.1.1 CONDICIONES ADICIONALES

Las pantallas de las sierras de corte deben ser dinmicas y deben

monitorear en tiempo real el estado de los motores que conforman el

proceso del aserradero.

La pantalla de la sierra KBO-40 debe dar acceso a la pantalla de apertura

de sierras.

La pantalla de apertura de sierras debe permitir al operador ingresar los

valores de apertura e iniciar el proceso.

La visualizacin de avisos de alarmas deber ser permanente.

3.2 BREVE DESCRIPCIN DEL SOFTWARE WINCC V7.0

El software WinCC constituye el entorno de desarrollo de Siemens para sistemas

de adquisicin de datos, visualizacin y control de procesos industriales. Suscaractersticas ms importantes se pueden resumir en:

Arquitectura de desarrollo abierta (programacin en C).

Soporte de tecnologas Active X.

Comunicacin con otras aplicaciones va OPC.

Comunicacin sencilla mediante drivers implementados (cdigo que

implementa el protocolo de comunicaciones con un determinado equipo

inteligente). Programacin on-line: no es necesaria detener la runtime del desarrollo

para realizar las modificaciones en la misma.

La versin WinCC v7.0 ofrece mejoras en la conexin con las variables del

proceso, sus componentes permiten integrar sin problemas aplicaciones nuevas o

ya existentes. Combina la arquitectura de las aplicaciones de Windows con la

programacin en entornos grficos, incluye varios elementos destinados al control

y supervisin de procesos, y sobre todo, permite a los operarios interactuar con la

aplicacin directamente en la mquina o desde un centro de control.


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3.2.1 CREACIN DE UN NUEVO PROYECTO

Para crear un proyecto en WinCC es necesario realizar los siguientes pasos:

1. Abrir la opcin Nuevo Proyecto, seleccionar monousuario y darle un

nombre.

2. Seleccionar e instalar un PLC o un controlador en el administrador de

variables.

3. Definir los Tags que se van a usar.

4. Crear las imgenes de proceso en el graphics designer.

5. Definir las caractersticas de tiempo de ejecucin.

6. Activar las imgenes en tiempo de ejecucin.

7. Utilizar el simulador para comprobar las imgenes de proceso.


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Figura 3.2 Estructura del proyecto en WinCC.

WinCC permite 2 opciones para la creacin de proyectos: Monousuario y

multiusuario.

Multiusuario es usado en sistemas cliente/servidor los cuales constan de 2

elementos software de uno o varios clientes y un solo servidor, los mismos que

estn conectados va red. Monousuario se aplica en sistemas de un solo servidor.

Se debe definir el tipo de dispositivo que se va a utilizar como interfaz de

comunicacin, el driver seleccionado depende del PLC utilizado.

Luego se procede a seleccionar el protocolo y configurar las direcciones para

establecer la comunicacin.


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Figura 3.3 Direcciones de comunicacin con el PLC

Posteriormente deben crearse las variables del proceso a utilizarse, as como la

edicin y conexin de las imgenes, grficos propios de WinCC con las variables,

visualizacin de avisos de alarmas, supervisin y visualizacin de valores, gestin

de usuarios, etc.

3.2.2 BREVE DESCRIPCIN DEL MEN

Entre los principales componentes de WinCC se pueden describir los siguientes:

Equipo

En esta seccin se listan los computadores que forman parte del proyecto,indicando para cada uno si es servidor o cliente. Tambin se debe seleccionar los

componentes que se iniciarn al arrancar el runtime (modo de ejecucin); en

parmetros se puede seleccionar el idioma para el modo de ejecucin y

desactivar, mientras el proyecto est activo, las combinaciones de teclas que

permiten el cambio de aplicacin. Deben desactivarse todas, de modo que no se

pueda abandonar la monitorizacin.


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En la pestaa graphics runtime se definen las propiedades de las ventanas del

proyecto:

Figura 3.4 Propiedades de las ventanas del proyecto

Administrador de variables

Este componente permite crear, estructurar y manipular las variables (tags) que

se utilizarn. La estructura de variables es en forma de rbol de directorios de un

nivel, lo que permite agruparlas por relaciones funcionales.

Graphics Designer (Editor grfico)


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Con este componente se crean, renombran y eliminan las imgenes. Tambin es

posible ver un resumen de las propiedades de cada una de ellas y fijar la imagen

de inicio. Todo ello desde el men contextual que aparece pulsando el botn

derecho sobre la imagen considerada. Haciendo doble clic sobre el cono, se abre

la imagen en el editor grfico.

Alarm Logging (Registro de Alarmas)

Permite definir mensajes activados por eventos, tales como la superacin de

determinado valor en una variable, o el estado de un bit.

De acuerdo a la configuracin hecha por el programador se establecen

parmetros como son: tipo, punto de error, duracin, entre otros. Estos se

diferencian por el color de las alarmas que aparecen.

Tag Logging

Permite crear archivos para el almacenamiento temporal o definitivo de losvalores de las variables.

Administrador de usuarios

A travs del administrador de usuarios es posible crear grupos que integran

usuarios con contraseas individuales, para poder asignar niveles de seguridad a

las diversas pantallas del proyecto.

3.3 CONFIGURACIN Y DISEO DE LA INTERFAZ HOMBRE

MQUINA

La HMI es diseada de acuerdo a los requerimientos de funcionalidad y

adaptabilidad de los operadores del proceso, con base a lo cual se elaboran

varias pantallas para la visualizacin, supervisin y adquisicin de datos de cadauna de las partes del proceso.


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Todas las pantallas disponen de botones de navegacin entre pantallas y varias

de ellas poseen restricciones de acceso que el proceso demanda, as por

ejemplo, a la pantalla del estado del PLC solamente puede acceder el Jefe de

Mantenimiento, quin debe ingresar con su usuario y contrasea. As mismo para

el cambio de la apertura de sierras nicamente estn habilitados 3 usuarios.

Adems permite la visualizacin permanente de avisos de alarmas en la parte

inferior de las pantallas que se usan frecuentemente.

3.3.1 CREACIN Y CONFIGURACIN DEL PROYECTO

Para la creacin de un proyecto, es necesario abrir el software WinCC v7.0 y

seleccionar crear un nuevo proyecto Monousuario

Figura 3.5 Tipos de proyectos

En administrador de variables se agrega el driver de comunicacin, en este caso

el SIMATIC S7 Protocol Suite que es utilizado para la comunicacin con los

PLCs de la marca SIEMENS.


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Figura 3.6 Driver de comunicacin

Posteriormente se configura la conexin del driver, seleccionando el protocolo

TCP/IP y colocando la direccin IP utilizada en Step7. El PLC fsicamente est

colocado en el bastidor 0, ranura 2.

Dentro de la red configurada se agregan las variables a utilizar, cabe recalcar que

las variables deben tener el mismo nombre y formato de las creadas en Step7.

Figura 3.7 Configuracin del driver de comunicacin


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Figura 3.8 Variables creadas para la comunicacin

3.3.2 CREACIN Y DISEO DE VENTANAS

En Graphics Designer se disean y editan las imgenes del proceso, para esto

existen herramientas como: gama de colores, gama de objetos, barra de capas,

etc.

En libreras de objetos hay disponibles grficos prediseados, as mismo el

asistente dinmico facilita la dinamizacin, con la ayuda de gama de objetos se

elaboran grficos, adems se puede importar desde Power point y utilizando la

herramienta, objetos grficos archivos GIF, BMP y JPG.


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Figura 3.9 Estructura de Graphics Designer

3.3.3 DINAMIZACIN DE EVENTOS Y GRFICOS

La dinamizacin de grficos, objetos y atributos se hace mediante la conexin a

una variable del proceso, para ello hay que seleccionar la caracterstica deseada

y se comprueba mediante la utilizacin del simulador de WinCC o PLCSim.

El siguiente es un ejemplo de dinamizacin para la visualizacin de un campo de

entrada / salida:

Figura 3.10 Propiedades del objeto


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Figura 3.11 Rangos de valores dinmicos

En la figura 3.10 se selecciona la accin a realizar y est enlazada con la variable

(figura 3.11). En este caso Var_seg0, permite la visualizacin del campo de E/S y

contiene el valor de la variable, de manera que aparecer cuando tenga un valor y

se actualizar cada 250 mseg.

Figura 3.12 Configuracin de campo Entrada/Salida


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La configuracin de alarmas se realiza en registro de alarmas, las clases de

mensajes del proceso, sus colores y variable de acuse.

Figura 3.13 Configuracin de alarmas

Se seleccionan las variables a utilizar en la activacin de mensajes de alarmas, el

texto de aviso a visualizarse en WinCC y el lugar de avera, este mensaje

aparecer nicamente cuando se active la variable seleccionada.

Figura 3.14 Estructura del registro de alarmas


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3.3.4 PANTALLAS DE LA HMI

Pantalla principal

La pantalla principal que se despliega al abrirse el software de visualizacin

es la siguiente.

Figura 3.15 Pantalla de inicio del proyecto

En la parte inferior izquierda de la pantalla se disponen de botones de

navegacin.

Figura 3.16 Botones de navegacin


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Para la navegacin entre pantallas se tiene la siguiente barra de opciones, la cual

permite el ingreso a las pantallas desde cualquiera de stas. La activacin de

usuarios se realiza mediante el botn activarse o con la tecla F11.

Figura 3.17 Botones de navegacin entre pantallas

En la barra superior de la pantalla se observa el nombre de usuario que est

activado, conexin del PLC, nombre de la pantalla actual, la fecha y hora actual.

Figura 3.18 Barra de estado y comunicacin

UsuarioActivado

ConexinCon el PLC

Nombre de lapantalla actual

Fecha y HoraActual


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Si el botn de conexin del PLC se encuentra de color gris, , es

porque no existe comunicacin con el PLC, en este caso se deber revisar el

estado del los conectores RJ-45 conectados al PLC y al computador as como el

cable de comunicacin.

Cuando exista comunicacin con el PLC, se debe encontrar en color verde.

Pantalla indicadores

Se pueden visualizar los valores de vibracin de los motores de la sierra

KBO-40 y acceder a las pantallas de anlisis de vibracin, apertura de

sierras y horas paro del proceso.

Figura 3.19 Indicadores del proceso


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Pantalla del proceso

El estado de los motores del proceso se pueden visualizar en esta pantalla.

Figura 3.20 Pantalla para la visualizacin del proceso

Pantalla KBO-40

En esta pantalla se visualiza el estado de los motores, as mismo el acceso

a la pantalla de apertura de sierras.

Figura 3.21 Pantalla para la visualizacin de los motores de la sierra KBO-40


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Pantalla HMK - 16

Esta pantalla sirve para supervisar el estado de los motores de la sierra de

corte mltiple y visualizar las alarmas.

Figura 3.22 Pantalla para la visualizacin de los motores de la sierra HMK-16

Pantalla CB - 15

De la misma forma que en la pantalla anterior, en esta se supervisa el

estado de los motores y se visualiza las alarmas del proceso.

Figura 3.23 Pantalla de los motores de la lnea de recuperacin CB-15


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Pantalla TS - 18

Figura 3.24 Pantalla de los motores de la lnea de recuperacin TS-18

Pantalla CB - 10

Figura 3.25 Pantalla de la lnea de recuperacin de la sierra CB-10


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Pantalla Bandas transportadoras

En esta pantalla se visualiza el estado de las bandas transportadoras deresiduos.

Figura 3.26 Pantalla de las bandas transportadoras de residuos

Pantalla PLC S7 300

En esta ventana se observa el estado de las entradas o salidas del PLC, y

acceden nicamente usuarios habilitados a esta funcin.

Figura 3.27 Pantalla del estado de entradas digitales del PLC


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Pantalla Histricos de alarmas

Aqu se visualizan las alarmas que han sido activadas, as como el registro

de usuarios.

Figura 3.28 Avisos de alarmas del proceso

Pantalla apertura de sierras

Para la apertura de la sierras de corte principal se debe ingresar la medida

deseada, verificar los valores del campo numrico. El botn INICIAR,

permite iniciar el cambio de medida y el botn APAGAR, termina el

proceso.


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Figura 3.29 Apertura de sierras de corte principal

En esta ventana existen 2 campos numricos que indican diferentes valores

durante la apertura de sierras. Para iniciar la apertura en modo automtico o

manual, estos valores deben estar en cero, de lo contrario regresar a la misma

posicin.

Pantalla de Anlisis de vibracin

Figura 3.30 Anlisis de vibracin de las sierras de corte principal


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Esta ventana proporciona informacin sobre el estado de vibracin de las motores

de la sierra KBO-40, la Lnea Negra corresponde al motor izquierdo y la lnea

ROJA al motor derecho. Cuando los rodamientos trabajan normalmente los

valores se sitan inferiores a 4, pero cuando superan este valor de manera

constante, se debe realizar un cambio de sierras y una revisin de los

rodamientos.


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CAPTULO 4


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IMPLEMENTACIN DEL PROYECTO

La fase de implementacin del proyecto se inicia mediante la elaboracin de unalista de equipos, accesorios y materiales para compra local e importacin, cuya

adquisicin est a cargo del departamento de compras.

Los equipos y accesorios se dimensionan y seleccionan de acuerdo a las

caractersticas requeridas por el nuevo sistema de control.

Con los elementos en planta se procede a la construccin e instalacin del tablero

elctrico, bajo la tutora del Supervisor y el Jefe de Mantenimiento Elctrico; se

realizan las pruebas necesarias de los mdulos del PLC, encoder, sensores de

vibracin y variador de velocidad, as como la comprobacin del cableado y sus

conexiones.

4.1 ADQUISICIN DE EQUIPOS

En lo referente al PLC y sus accesorios se utiliza la marca SIEMENS por polticas

de la empresa en cuanto a la estandarizacin de equipos y repuestos; y debido a

los altos precios en el mercado local se realiza la importacin de los siguientes

productos: CPU 315-2PN/DP, MMC para PLC, mdulos de entradas y salidas

digitales, mdulos de entradas y salidas anlogas, conectores frontales, mdulos

de interfaz, variador de velocidad, fuentes de alimentacin, guardamotores, rels

de interfaz, conectores Profibus DP, cable de comunicacin, etc.

Los elementos para compra local son: cables, marquillas de sealizacin, riel din,

transformadores, armario, tornillos, pernos, borneras, terminales, barras de cobre,

herramientas, pulsantes, selectores, luces de sealizacin, etc.

4.1.1 COSTOS DEL PROYECTO

A continuacin se indica el costo aproximado de los equipos, accesorios ymateriales, usados en el proyecto, tanto de compra local como de importacin.


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PLC 2.756

Accesorios de PLC 2.450

Mdulos de entrada y salida 9.280Equipo de proteccin 250

Rels de interfaz 4.500

Variador de velocidad 2.200

Sensores de vibracin 1.150

Cable de comunicacin 900

SUBTOTAL 1 23.486

Cable 1.500Borneras y adicionales 620

Marquillas de sealizacin 650

Terminales 125

Pulsantes y luces de sealizacin 2.100

Canaletas, pernos y riel. 400

Transformadores 620

Armario 1.290

Herramientas 250

Otros 500

SUBTOTAL 2 8.055

Total del proyecto 31.541

IMPORTACIN

LOCAL

Tabla 4.1 Costos aproximados de equipos, accesorios y materiales usados en el proyecto

En la tabla anterior no se incluyen los costos de ingeniera ni de mano de obra.

4.2 MONTAJE E INSTALACIN

4.2.1 EL ARMARIO DE CONTROL

Una vez que los equipos y elementos se tienen en planta se procede a disear y

dimensionar el nuevo armario de control, cuya construccin es realizada por la

empresa INSELEC.


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Para su dimensionamiento se toma en consideracin las dimensiones de los

equipos y dispositivos que van a instalarse en su interior, las separaciones

recomendadas entre equipos con diferentes niveles de seal elctrica, entre otros

aspectos.

Figura 4.1 Diseo externo del nuevo armario elctrico del Aserradero

Para la construccin del armario se considera un grado de proteccin IP 54 para

colocacin en interior de edificios en areas con contaminacin de polvo y que

cada uno de los elementos sea fcilmente desmontable, ya que en caso de un

dao, estos sean fcilmente remplazados.


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Figura 4.2 Distribucin del nuevo armario elctrico del Aserradero

Como se indic anteriormente, se construye una puerta para el pulpito de la sierra

CB-15 en la cual van colocados los pulsantes, selectores y lmparas de

sealizacin del resto de motores pertenecientes a este proceso.


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Figura 4.3 Diseo de la puerta del plpito de la CB-15

Para el montaje e instalacin de los equipos y dispositivos se tiene en cuenta las

recomendaciones del fabricante, as como las normas usadas en la planta en

similares proyectos; tales como:

Deben ser aterrizados los armarios elctricos y mesas de mando, para

proteger tanto al equipo como a los operadores del proceso.

Los equipos montados en el armario deben ser aterrizados de acuerdo a

las recomendaciones del fabricante, para ello se instala una barra para

Tierra en la parte inferior del armario.

Las seales analgicas deben ser llevadas a travs de cables apantallados

con conexin a tierra para evitar que las interferencias electromagnticas y

ruido afecten los valores de estas seales.

Las seales de control deben ser aisladas de los cables de potencia, por

medio de tubera metlica a fin de evitar interferencia.

Sealizar los conductores para su fcil identificacin y dejar una longitud

considerable de reserva.


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Verificar que exista un buen contacto entre los puntos de conexin para

garantizar el buen funcionamiento.

Colocar el variador de velocidad con una separacin de 65 mm de los

dems elementos para que puedan tener una correcta ventilacin.

Para la conexin de la redes de comunicacin deben utilizarse los

conectores y cables recomendados por el fabricante.

4.2.2 MONTAJE E INSTALACIN DE EQUIPOS DENTRO DEL NUEVO

ARMARIO DE CONTROL

En los siguientes grficos, se ilustran los pasos seguidos en el montaje,

instalacin y conexin de los equipos y dispositivos dentro del nuevo armario de

control.

Figura 4.4 Montaje de canaletas y riel din


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Figura 4.5 Soporte de las borneras de conexin (Frontal)

Figura 4.6 Soporte de las borneras de conexin (Lateral)

Figura 4.7 PLC y sus mdulos de entradas y salidas


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Figura 4.8 Montaje y cableado de los equipos

Debido a la falta de espacio el variador de velocidad es colocado en el armario de

alimentacion, junto con sus inductancias.

Figura 4.9 Montaje y cableado del variador de velocidad


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4.2.2 INSTALACIN E INTERCONEXIN DEL ARMARIO DE CONTROL

Una vez terminado el montaje e instalacion interna, se traslada el armario al sitio

previsto para su ubicacin, donde tiene que interconectarse con cada una de las

consolas de mando y el antiguo armario elctrico.

Figura 4.10 Base, cableado y lugar de instalacin del nuevo armario

En el antiguo armario se instala borneras para la conexin con los contactores de

fuerza y otros elementos como se observa en las Figuras 4.12 y 4.13. Esto se

realiza en cada uno de los mdulos del armario, se deja borneras de reserva para

futuras ampliaciones.

Figura 4.11 Traslado del nuevo armario al sitio de instalacin


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Figura 4.12 Borneras en mdulo 2 del

armario antiguoFigura 4.13 Borneras en mdulo 9 del

armario antiguo

De la misma forma se procede en las consolas de mando con cable de 25 hilos;

estos trabajos se realizan con anticipacin a la instalacin del armario, ganando

tiempo durante los das de montaje del proyecto.

Figura 4.14 Borneras de la mesa de mando de las bandas transportadoras


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Figura 4.15 Cableado de las mesas de mando

Finalmente y a travs de las borneras, se realiza la interconexin entre el nuevo

armario, el armario antiguo y las consolas de mando.

Figura 4.16 Cableado en el nuevo armario

La instalacin del nuevo armario se realiza en 4 das, durante los cuales se

desconecta la tensin de alimentacin del aserradero y se procede a realizar las

conexiones con la ayuda del personal de mantenimiento.


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La instalacin del nuevo encoder se realiza mediante el uso de manguera flexible

para la proteccin del cable.

Figura 4.17 Instalacin del nuevo encoder

La instalacion de los sensores de vibracion se realiza sobre las bases de losrodamientos de las sierras de corte.

Figura 4.18 Instalacin de sensores de vibracin

Concluidas todas las conexiones e interconexiones elctricas, se procede a

realizar las pruebas en vacio de cada una de las etapas del proceso.


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Figura 4.19 Armario elctrico instalado

Figura 4.20 Pulsantes y lmparas de sealizacin instalados


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Figura 4.21 Computador con HMI instalados

Figura 4.22 Mesa principal de mando instalada


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CAPTULO 5


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PRUEBAS Y RESULTADOS

Se realizaran dos tipos de pruebas al equipo. La primera, previa al montaje einstalacin, donde bsicamente se comprueba la continuidad y correcta ubicacin

del cableado, que la alimentacin de voltaje sea la que corresponde a cada

equipo, y se simulan los programas de control. La segunda, luego de la

instalacin, donde se comprueba el funcionamiento de las mquinas y equipo de

control en el proceso de produccin, manteniendo las mismas condiciones de

operacin del sistema anterior.

5.1 PRUEBAS PREVIAS AL MONTAJE E INSTALACIN

Finalizada la etapa de armado del equipo, tanto en el nuevo armario elctrico de

control, y colocacin del nuevo cableado en cada uno de los plpitos de mando, y

en el antiguo armario de fuerza, donde se encuentran los contactores de los

motores y vlvulas; se procede a comprobar las conexiones elctricas,

alimentacin de voltaje y simulacin del programa del PLC y HMI, forzando lasentradas y observando la respuesta en las salidas.

5.1.1 PRUEBAS DE CONEXIONES ELCTRICAS

Observando los nuevos diagramas elctricos y con el uso de un multmetro digital,

se revisa la continuidad y conexin del cableado elctrico del equipo de control y

potencia del motor de la apertura de las sierras KBO40.

Finalizada la fase anterior, y corregidos los errores detectados, se alimentan con

tensin los armarios elctricos y con el multmetro se miden los valores de voltaje

presentes en cada seccin del circuito:

- En los guardamotores y transformadores de alimentacin principal.

- En los guardamotores luego de los transformadores.


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- En la salida de tensin continua de las fuentes para las entradas y salidas

del PLC.

5.1.2 PRUEBAS DE FUNCIONAMIENTO DEL PLC Y HMI

Esta etapa se realiza en dos partes. La primera se hace luego de finalizado el

armado del nuevo armario elctrico de control, se energiza y con la ayuda del

cable PC-Adapter de Siemens, se conecta el puerto MPI del PLC con el puerto

USB del computador; se configura la red y se procede a simular el programa. Al

no tener entradas fsicas para la simulacin, se forza las entradas y marcas

utilizadas (Figura 5.1), y se observa si el comportamiento de las salidas es el

deseado; caso contrario, se cambia el algoritmo del programa. Esta prueba se

realiza porque es importante verificar, antes de conectar fsicamente el equipo de

control, que cumpla con los requerimientos del proceso, a fin de evitar posibles

daos a las mquinas y peligros para los operadores.

Figura 5.1 Tabla de variables en Step-7 para forzar entradas y marcas del programa


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La segunda parte se realiza luego de la revisin del cableado y de realizadas las

conexiones elctricas. Se energiza solamente el mdulo de entradas para verific

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